用吹氣式液位計(jì)檢測(cè)液位是一種非常經(jīng)典的液位測(cè)量方法，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且運(yùn)行可靠，特別是在被測(cè)工藝介質(zhì)高黏度、易凝固、易結(jié)晶、含懸浮顆粒、易堵塞引壓管(差壓法測(cè)液位)、強(qiáng)腐蝕性、放射性、敏感部件易被粘附等超常態(tài)工況下，吹氣式液位計(jì)是一種合理有效的液位測(cè)量儀表。

吹氣式液位計(jì)測(cè)量液位準(zhǔn)確，狀態(tài)穩(wěn)定，且維護(hù)方便。新疆藍(lán)山屯河能源有限公司年產(chǎn)10.4萬噸丁二醇項(xiàng)目，在BDO裝置高壓加氫工序主、副反應(yīng)釜上設(shè)置的吹氣式液位計(jì)，對(duì)三臺(tái)高壓、高溫、介質(zhì)易起泡沫的反應(yīng)釜液位監(jiān)控及全裝置的穩(wěn)定運(yùn)行起到了重要作用。

1、吹氣式液位計(jì)原理
吹氣式液位計(jì)測(cè)量液位基本原理見圖1。

圖1 吹氣式液位計(jì)原理

外接凈化氣源(壓縮空氣)過濾減壓處理后，通過流量測(cè)定與調(diào)控，恒定地吹入導(dǎo)壓管中。初始時(shí)，調(diào)整減壓閥，使吹氣壓力大于介質(zhì)壓力，這時(shí)吹氣壓力將充滿差壓變送器A(型號(hào)YR-ER101)的導(dǎo)壓管和正壓室，并應(yīng)使吹入的氣體緩慢地從容器中鼓泡排出液面，一般每分鐘最多幾十個(gè)小氣泡即可滿足要求。由于從導(dǎo)壓管中排出的凈化氣源流量很小，導(dǎo)壓管內(nèi)氣體壓力與導(dǎo)壓管出口的液體介質(zhì)壓力相等，這時(shí)差壓變送器(或壓力變送器)所反映的差壓(壓力)就是被測(cè)液位h處的壓力。通過壓力的準(zhǔn)確檢測(cè)而獲得容器中的液位、密度、界面等參數(shù)。

1.1 液位測(cè)量
①對(duì)于開口容器:
P=ρ×g×h
h=P1/(ρ×g)
②對(duì)于密閉容器:
P1=ρ×g×h+P0
h=(P1-P0)/(ρ×g)
式中， P1為變送器A的測(cè)量壓力值；ρ為介質(zhì)的密度；g為重力常數(shù)；h為液位高度(未計(jì)固定的起始液位)，P0為密閉容器頂部壓力(通過安裝在容器頂部的壓力變送器YR-ER101測(cè)量得到)。

1.2 密度修正
當(dāng)介質(zhì)組分發(fā)生變化時(shí)，或因溫度的變化而引起密度變化時(shí)，須增加兩根吹氣管及差壓變送器變送器B，由此檢測(cè)介質(zhì)密度，從而修正液位數(shù)值。
ΔP2 =ρ×g×h1
ρ=ΔP2/(g×h1)
式中， ΔP2為差壓變送器B(用于密度測(cè)量)的差壓值；h1為密度測(cè)量吹氣管的固定液位差值。

將式ρ=ΔP2/(g×h1)代入到式h=P1/(ρ×g)中，得到液位h的測(cè)量結(jié)果:
h=P1/(ΔP2/h1)=h1×P1/ΔP2

從以上論述中可以看出，吹掃裝置具有的特點(diǎn)：
◆起到了隔離作用，實(shí)質(zhì)上吹氣法實(shí)現(xiàn)了介質(zhì)與變送器的有效隔離，吹氣法測(cè)量可認(rèn)為是非接觸式測(cè)量。
◆起傳遞壓力作用，通過測(cè)量壓力而間接獲得液位。
◆在這種測(cè)量方法中，受氣源壓力波動(dòng)和雜質(zhì)影響較大，因此保證凈化氣流量的恒定至關(guān)重要。

2、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用
新疆某年產(chǎn)10.4萬噸丁二醇項(xiàng)目BDO合成裝置高壓加氫單元的主、副反應(yīng)釜均為高溫、高壓設(shè)備，介質(zhì)在反應(yīng)過程中極易產(chǎn)生大量泡沫。該反應(yīng)釜主要任務(wù)是在釜內(nèi)將前序工段生產(chǎn)的丁炔二醇(BYD)和高純度氫氣，在30.5MPa(g)壓力和135℃溫度下加氫反應(yīng)生成丁二醇(BDO)。為了確保上游工段氫壓機(jī)和高壓循環(huán)液泵的穩(wěn)定運(yùn)行，必須保證運(yùn)行中氣相不能帶液，液相不能帶氣，否則可能造成壓縮機(jī)液擊或液體循環(huán)泵氣蝕損壞。

由于反應(yīng)釜中BYD料液極易產(chǎn)生泡沫，由此可能導(dǎo)致反應(yīng)釜上部呈現(xiàn)氣液混合態(tài)或泡沫狀，反應(yīng)釜下部呈清液層但夾雜有少量的小氣泡。

按照設(shè)計(jì)，每臺(tái)反應(yīng)釜上設(shè)置有一臺(tái)導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)和一套吹氣式液位計(jì)，對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)工藝介質(zhì)的液位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)利用電磁波從發(fā)射到接收的時(shí)間與到液面的距離成正比這一原理測(cè)得液位。該液位計(jì)選用棒式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)(可滿足135℃高溫，30.5MPa(g)高壓要求)，但由于該型號(hào)導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)本身測(cè)量原理的影響，在運(yùn)行初期調(diào)試開車時(shí)受反應(yīng)釜內(nèi)泡沫干擾很大，經(jīng)反復(fù)調(diào)試僅可短暫使用。待生產(chǎn)穩(wěn)定后，由物料平衡可判斷出此雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量誤差很大，因此對(duì)反應(yīng)釜的液位準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)造成了較大影響。

生產(chǎn)運(yùn)行中，對(duì)這種極易產(chǎn)生泡沫的BDO合成高壓反應(yīng)釜的液位進(jìn)行測(cè)量時(shí)，實(shí)際生產(chǎn)工況對(duì)測(cè)量的干擾很大。由于對(duì)零點(diǎn)液位的判斷不明確，從而在液位測(cè)量過程中指示波動(dòng)較大，致使工藝生產(chǎn)操作無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，更為嚴(yán)重的后果可能因此出現(xiàn)液位過高而導(dǎo)致氣相帶液。

相比雷達(dá)液位計(jì)，BDO裝置反應(yīng)釜上設(shè)置的吹氣式液位計(jì)對(duì)該反應(yīng)釜內(nèi)工藝介質(zhì)液位的測(cè)量更加穩(wěn)定、可靠。經(jīng)過計(jì)算，主反應(yīng)釜的液位變化在0-1300mm，副反應(yīng)釜的液位變化在0-1140mm，反吹氣不用另行供給，直接采用上游工序氫氣循環(huán)壓縮機(jī)送過來的30.5MPa的高壓氫氣。此高壓氫氣管線上設(shè)置有高壓轉(zhuǎn)子流量計(jì)，可通過氣體流量變化分析吹氣量及引壓管內(nèi)的情況。變送器采用高靜壓型，耐壓達(dá)42MPa，耐溫-40～200 ℃，測(cè)量范圍為0～15kPa，完全滿足工藝要求。

在實(shí)際安裝、運(yùn)行中，該吹氣式液位計(jì)的使用須滿足以下條件：
①吹氣式液位計(jì)測(cè)量液位的前提條件是保證正相導(dǎo)壓管的下端有微量氣泡緩慢逸出，因此反吹氣采用了從上游工序氫氣循環(huán)壓縮機(jī)送過來的30.5MPa左右的無塵、無油、無水的純凈高壓氫氣，且必須保證反吹壓力微高于反應(yīng)釜內(nèi)部壓力約0.08-0.2MPa。
②差壓變送器的安裝位置最好高于反應(yīng)釜內(nèi)的最高液位，若不能，必須安裝彎管，其高度必須超過最高液位，以防止被測(cè)介質(zhì)進(jìn)入變送器。
③吹氣法測(cè)量液位的關(guān)鍵是要有恒定的吹氣流量，否則會(huì)產(chǎn)生較大誤差。吹掃裝置使用限流孔板，讓孔板后面的絕對(duì)壓力和孔板前的絕對(duì)壓力之比在小于臨界壓縮比時(shí)，氣體的流速不再隨孔板前后的壓差變化而變化，且流經(jīng)孔板的流量最大?；谝陨显恚蘖骺装暹x擇為孔徑0.8mm的透鏡連接方式，起到限流穩(wěn)壓的作用。
④當(dāng)上游工序氫氣循環(huán)壓縮停機(jī)時(shí)，及時(shí)關(guān)閉反應(yīng)釜頂部反吹氣根部閥，防止釜內(nèi)溶液倒流。

3、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際吹氣式液位計(jì)的投用步驟
BDO合成工序主、副反應(yīng)釜吹氣式液位計(jì)安裝接管示意見圖2和圖3。

圖2 主反應(yīng)釜吹氣式液位計(jì)接管


圖3 副反應(yīng)釜吹氣式液位計(jì)接管

吹氣式液位計(jì)投用步驟：
① 投用前應(yīng)首先關(guān)閉正、負(fù)壓側(cè)的根部閥。
②打開兩臺(tái)變送器上三閥組中的平衡閥。
③然后緩慢打開負(fù)壓側(cè)排污閥和引氣閥，吹掃負(fù)壓側(cè)，直到?jīng)]有液體排出，出來的只是氣體，到此為止，關(guān)閉排污閥。
④稍等片刻，使正、負(fù)壓側(cè)充滿壓力，而后關(guān)閉平衡閥。
⑤打開正、負(fù)壓側(cè)根部閥，到此吹氣式液位計(jì)就投用完畢。
⑥氣量大小的調(diào)整要看顯示值的穩(wěn)定程度。

4、吹氣式液位計(jì)測(cè)量液位的優(yōu)點(diǎn)
吹氣式液位計(jì)主要采用差壓液位法測(cè)量工藝參數(shù)，差壓變送器測(cè)量液位則是一種傳統(tǒng)的測(cè)量方法，其原理簡(jiǎn)單確定，狀態(tài)穩(wěn)定，檢修方便，用在此處測(cè)量反應(yīng)釜液位有以下幾大優(yōu)點(diǎn)：
①測(cè)量狀態(tài)穩(wěn)定，反吹氣一直保持正壓，測(cè)量管線自潔凈、不易堵塞。
②僅有吹氣管和介質(zhì)接觸，適合測(cè)量高溫、高黏度、強(qiáng)腐蝕、易凝固結(jié)晶的介質(zhì)。
③基于吹氣法測(cè)量原理，將各個(gè)限流裝置小型化、集成化，使安裝、使用、維護(hù)更方便。
④變送器不與液位測(cè)量介質(zhì)接觸，采用最基本的壓力變送器就能滿足測(cè)量需求。

5、結(jié)語
吹氣式液位計(jì)在BDO合成裝置高壓加氫單元反應(yīng)釜上投用后，測(cè)量效果良好，有效彌補(bǔ)了導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)受釜內(nèi)泡沫影響而測(cè)量不準(zhǔn)、跳變劇烈的情況，使反應(yīng)釜在正常生產(chǎn)過程中的液位穩(wěn)定可調(diào)，為相關(guān)設(shè)備及生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。
作者：楊武(中國成達(dá)工程有限公司)